مأموریت DART (Double Asteroid Redirection Test) اولین تلاش ناسا برای آزمایش فناوری دفاع سیارهای با استفاده از روش تأثیر جنبشی (Kinetic Impact) بود. این مأموریت با هدف برخورد عمدی یک فضاپیما با سیارک دیمورفوس، قمر کوچک سیارک دیدیموس، طراحی شد تا تأثیر این برخورد بر مدار سیارک را بررسی کند. دیمورفوس و دیدیموس هیچ خطری برای زمین نداشتند، اما به دلیل ویژگیهای مداری و اندازه مناسبشان، هدف ایدهآلی برای این آزمایش بودند. DART در 26 سپتامبر 2022 با موفقیت به دیمورفوس برخورد کرد و مدار آن را حدود 32 دقیقه کوتاهتر کرد، که نشاندهنده موفقیت این فناوری در تغییر مسیر سیارکها بود.
معرفی مأموریت DART ناسا
مأموریت DART توسط آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز (JHU/APL) برای دفتر هماهنگی دفاع سیارهای ناسا (PDCO) طراحی و مدیریت شد. این پروژه با همکاری بینالمللی، از جمله مشارکت آژانس فضایی ایتالیا (ASI) و آژانس فضایی اروپا (ESA)، انجام شد. DART در 24 نوامبر 2021 از پایگاه نیروی فضایی واندنبرگ در کالیفرنیا با موشک فالکون 9 اسپیسایکس پرتاب شد و پس از سفری 10 ماهه، در 26 سپتامبر 2022 به سیارک دیمورفوس برخورد کرد. این مأموریت بهعنوان اولین آزمایش عملی برای دفاع از زمین در برابر سیارکهای بالقوه خطرناک شناخته میشود و دادههای آن به توسعه استراتژیهای آینده کمک کرده است.
ایده دفاع سیارهای از دهه 1960، زمانی که خطر برخورد سیارکها با زمین بهعنوان تهدیدی بالقوه شناسایی شد، شکل گرفت. در سال 1998، کنگره آمریکا ناسا را موظف کرد تا سیارکهای نزدیک به زمین (NEO) با قطر بیش از یک کیلومتر را شناسایی کند. با پیشرفت فناوریهای رصدی، تمرکز به سیارکهای کوچکتر مانند دیمورفوس معطوف شد. در سال 2011، ناسا و ESA همکاریای به نام ارزیابی تأثیر و تغییر مسیر سیارک (AIDA) را آغاز کردند که DART بخش آمریکایی آن بود. این پروژه با هدف آزمایش عملی روشهای تغییر مسیر سیارکها شکل گرفت و در نهایت به مأموریت DART منجر شد.
اهداف کلیدی مأموریت DART
- آزمایش توانایی تغییر مدار یک سیارک با استفاده از برخورد مستقیم (Kinetic Impact)
- هدف قرار دادن قمر کوچک سیارک دیمورفوس در سامانه دوتایی دیدیموس
- بررسی امکان دفاع سیارهای در برابر تهدیدهای احتمالی سیارکها
- فراهمسازی دادههای واقعی برای مدلهای شبیهسازی برخورد
- ارزیابی میزان تغییر سرعت مداری دیمورفوس پس از برخورد
هدف اصلی مأموریت DART آزمایش فناوری تأثیر جنبشی برای تغییر مدار یک سیارک بود. اهداف خاص شامل: 1) برخورد موفقیتآمیز فضاپیما با دیمورفوس با سرعت حدود 6 کیلومتر بر ثانیه؛ 2) تغییر مدار دیمورفوس به میزان حداقل 73 ثانیه؛ 3) جمعآوری دادههای رصدی از سطح سیارک و اثرات برخورد؛ و 4) ارزیابی امکان استفاده از این فناوری برای دفاع از زمین در برابر سیارکهای خطرناک بود. این مأموریت همچنین به دنبال تقویت همکاریهای بینالمللی و بهبود مدلهای دینامیکی سیارکها بود.
زمانبندی و مراحل پرتاب تا برخورد
مأموریت DART در 24 نوامبر 2021 ساعت 1:21 بامداد به وقت شرقی (06:21 UTC) با موشک فالکون 9 از پایگاه واندنبرگ پرتاب شد. فضاپیما پس از 10 ماه سفر در فضا، در 26 سپتامبر 2022 ساعت 19:14 به وقت شرقی (23:14 UTC) به دیمورفوس برخورد کرد. در 11 سپتامبر 2022، کیوبست LICIACube از DART جدا شد تا تصاویر برخورد را ثبت کند. در ساعات پایانی، سیستم ناوبری خودکار DART (SMART Nav) فضاپیما را به سمت دیمورفوس هدایت کرد. این مراحل با دقت بالا اجرا شد و تصاویر نهایی DRACO سطح دیمورفوس را تا لحظه برخورد ثبت کرد.
انتخاب سیارک دیمورفوس بهعنوان هدف
سیارک دیمورفوس، با قطر 160 متر، قمر سیارک بزرگتر دیدیموس (780 متر) است و در فاصله 11 میلیون کیلومتری از زمین قرار دارد. این سیستم دوتایی به دلیل ویژگیهای مداری پایدار و اندازه مناسب دیمورفوس برای آزمایش انتخاب شد. دیمورفوس هیچ خطری برای زمین نداشت، اما اندازه آن مشابه سیارکهایی است که میتوانند تهدیدی بالقوه باشند. رزونانس مداری دیمورفوس با دیدیموس امکان اندازهگیری دقیق تغییرات مداری پس از برخورد را فراهم کرد، که برای ارزیابی موفقیت مأموریت حیاتی بود.
برخورد کنترلشده فضاپیمای DART با سیارک دیمورفوس
برخورد DART با دیمورفوس در 26 سپتامبر 2022 با سرعت 6.6 کیلومتر بر ثانیه انجام شد. این برخورد کنترلشده، که در فاصله 11 میلیون کیلومتری از زمین رخ داد، توسط سیستم ناوبری خودکار SMART Nav هدایت شد. تصاویر ارسالی توسط دوربین DRACO نشان داد که فضاپیما با دقت بالا به هدف برخورد کرد. این رویداد توسط تلسکوپهای زمینی و فضایی مانند هابل و جیمز وب رصد شد. کیوبست LICIACube نیز تصاویری از ابر غبار ناشی از برخورد ثبت کرد که به تحلیل اثرات آن کمک کرد.
قبل از برخورد، دیمورفوس هر 11 ساعت و 55 دقیقه یکبار به دور دیدیموس میچرخید. پس از برخورد، این زمان به 11 ساعت و 23 دقیقه کاهش یافت، یعنی تغییر 32 دقیقهای (بعداً 33 دقیقه تأیید شد) با خطای ±2 دقیقه. این تغییر بسیار بیشتر از هدف اولیه 73 ثانیه بود و نشاندهنده تأثیر قابلتوجه برخورد بود. تحلیلها نشان داد که خروج مواد (Ejecta) از سطح دیمورفوس نقش مهمی در افزایش اثر تغییر مدار ایفا کرد، بهطوری که نیروی ناشی از خروج مواد چندین برابر نیروی برخورد مستقیم بود.
ویژگیها و نتایج مأموریت DART
- پرتاب توسط موشک فالکون ۹ شرکت اسپیسایکس در ۲۴ نوامبر ۲۰۲۱
- وزن فضاپیما حدود ۶۱۰ کیلوگرم
- سرعت برخورد با سیارک حدود ۶.۶ کیلومتر بر ثانیه (۲۴,۰۰۰ کیلومتر بر ساعت)
- موفقیت در تغییر دوره مداری دیمورفوس به میزان تقریبی ۳۲ دقیقه
- نخستین مأموریت واقعی بشر در زمینه دفاع سیارهای (Planetary Defense)
- تصاویر دقیق توسط فضاپیمای همراه LICIACube (ایتالیا) ثبت شد.
مشخصات فضاپیمای DART
فضاپیمای DART یک کاوشگر مکعبی با ابعاد 1.8 × 1.9 × 2.6 متر و جرم 610 کیلوگرم بود. این فضاپیما مجهز به دو آرایه خورشیدی قابل باز شدن (ROSA) به طول 8.5 متر بود که 6.6 کیلووات توان تولید میکرد. موتور یونی NEXT-C با سوخت زنون، برای تنظیم مسیر در فضا استفاده شد. DART همچنین شامل کیوبست LICIACube با جرم 14 کیلوگرم بود که 15 روز قبل از برخورد جدا شد. این فضاپیما فاقد محمولههای علمی پیچیده بود و تمرکز آن بر سیستمهای ناوبری و دوربین DRACO بود.
پروژه DART با چندین چالش فنی مواجه بود، از جمله هدایت دقیق فضاپیما در فاصله 11 میلیون کیلومتری از زمین بدون کنترل مستقیم. سیستم SMART Nav باید دیمورفوس را از دیدیموس در فاصله 90,000 کیلومتری متمایز میکرد، که نیازمند پردازش سریع تصاویر بود. دیگر چالشها شامل طراحی موتور یونی NEXT-C برای کارایی در فضا و مدیریت آرایههای خورشیدی ROSA بود که در برابر شرایط سخت فضایی آزمایش نشده بودند. همچنین، هماهنگی با LICIACube برای جداسازی و تصویربرداری دقیق از برخورد نیازمند برنامهریزی پیچیده بود.
فناوریهای بهکاررفته در سامانه هدایت فضاپیما
DART از سیستم ناوبری خودکار SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation) استفاده کرد که امکان هدایت دقیق فضاپیما به سمت دیمورفوس را بدون دخالت مستقیم از زمین فراهم کرد. این سیستم با پردازش تصاویر DRACO در زمان واقعی، دیمورفوس را از دیدیموس متمایز کرد و مسیر برخورد را تنظیم کرد. موتور یونی NEXT-C، که برای اولین بار در یک مأموریت عملیاتی استفاده شد، با کارایی بالا و مصرف سوخت کم، مانورهای دقیق را ممکن ساخت. این فناوریها برای مأموریتهای آینده دفاع سیارهای حیاتی هستند.
دوربین DRACO و نقش آن در مأموریت DART ناسا
دوربین DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical navigation) تنها ابزار علمی DART بود. این دوربین با الهام از دوربینهای کاوشگر نیوهورایزنز طراحی شد و برای ناوبری و ثبت تصاویر سطح دیمورفوس استفاده شد. DRACO در ساعات پایانی مأموریت تصاویر با وضوح بالا از سطح دیمورفوس (تا رزولوشن 20 سانتیمتر در لحظه برخورد) ارائه کرد که اطلاعات ارزشمندی درباره ترکیب و ساختار سیارک فراهم کرد. این تصاویر همچنین به سیستم SMART Nav کمک کرد تا هدف را با دقت بالا ردیابی کند.
همکاری ناسا و ESA در پروژه Hera
مأموریت DART بخشی از همکاری بینالمللی AIDA بود که شامل پروژه Hera از آژانس فضایی اروپا است. Hera، که در اکتبر 2024 پرتاب شد، در سال 2026 به سیستم دیدیموس-دیمورفوس میرسد تا اثرات برخورد DART را بررسی کند. این مأموریت شامل مطالعه دهانه برخورد، ترکیب سطحی دیمورفوس و تغییرات مداری آن است. Hera همچنین دو کیوبست به نامهای Milani و Juventas را برای بررسی دقیقتر سیستم دوتایی مستقر میکند. این همکاری دادههای DART را تکمیل کرده و به توسعه مدلهای دقیقتر برای دفاع سیارهای کمک میکند.
پروژه DART اولین مأموریت عملیاتی برای تغییر مسیر سیارک بود، اما میتوان آن را با مأموریتهایی مانند Deep Impact ناسا (برخورد با دنبالهدار تمپل 1 در 2005) و هایابوسا2 ژاپن (نمونهبرداری از سیارک ریوگو) مقایسه کرد. برخلاف Deep Impact که برای مطالعه ترکیب دنبالهدار طراحی شده بود، DART بر تغییر مدار تمرکز داشت. هایابوسا2 نیز با ایجاد دهانه مصنوعی روی ریوگو شباهتهایی داشت، اما هدف آن جمعآوری نمونه بود، نه تغییر مدار. DART به دلیل تمرکز بر دفاع سیارهای و استفاده از فناوریهای خودکار، منحصربهفرد است.
تحلیل نتایج برخورد در جامعه علمی
تحلیلهای پس از برخورد نشان داد که تغییر مدار دیمورفوس (33 دقیقه) به دلیل خروج مواد (Ejecta) چند برابر بیشتر از پیشبینیها بود. تصاویر LICIACube و تلسکوپهای زمینی نشاندهنده ابر غبار بزرگی بودند که تا ماهها قابل رصد بود. مطالعهای در ژورنال علوم سیارهای (Planetary Science Journal) نشان داد که این مواد شامل تختهسنگهایی با سرعت بالا بود که بر تغییر مدار تأثیر گذاشتند. این نتایج درک ما از ترکیب سیارکها و اثربخشی روش تأثیر جنبشی را بهبود بخشید و به مدلسازی مأموریتهای آینده کمک کرد.
هزینه و بودجه پروژه DART
هزینه کل مأموریت DART حدود 313.9 میلیون دلار (227.9 میلیون پوند) برآورد شد. این بودجه شامل طراحی، ساخت، پرتاب و عملیات فضاپیما بود. بخش عمده هزینهها به آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز برای توسعه فضاپیما و سیستمهای ناوبری اختصاص یافت. هزینههای پرتاب با موشک فالکون 9 اسپیسایکس و مشارکتهای بینالمللی مانند LICIACube نیز بخشی از این بودجه بودند. این مبلغ نسبت به تأثیرات علمی و استراتژیک مأموریت، مقرونبهصرفه تلقی میشود.
تجهیزات مخابراتی و ناوبری فضاپیما
DART مجهز به یک آنتن با بهره بالا برای ارتباط با شبکه فضای عمیق ناسا (DSN) بود که امکان ارسال تصاویر DRACO و دریافت دستورات را فراهم میکرد. سیستم مخابراتی در باند X عمل میکرد و دادهها را با سرعت 100 کیلوبیت بر ثانیه منتقل میکرد. سیستم ناوبری SMART Nav، همراه با ژیروسکوپها و حسگرهای ستارهای، فضاپیما را در مسیر دقیق نگه داشت. موتور یونی NEXT-C و پیشرانههای هیدرازین نیز برای مانورهای کوچک و تنظیم مسیر استفاده شدند. این تجهیزات دقت بیسابقهای در هدفگیری دیمورفوس فراهم کردند.
